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加工中心刀柄究竟该如何正确选择？

启示号
科技
2年前
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工业制造机械、数控、制造原理
精密的加工中心机床配合先进的切削刀具可提供出色的金属切削生产率。而刀柄作为切削刀具和机床主轴之间的关键性接口，对于实现高生产率至关重要。那么，该如何选择、应用和维护最适合生产需求的刀柄呢？
01 工件因素影响刀柄选择
影响刀柄选择的因素包括每个作业中工件材料的可加工性以及最终零件的配置，这些因素可确定到达特定轮廓或特征所需的刀柄尺寸。刀柄应尽可能简单且易于使用，以尽量减少操作员出错的可能性。
机床的基本构件起着关键作用 — 具有线性导轨的快速机床将充分利用专为高速应用而设计的刀柄，而具有箱型槽的机床则为重载加工提供支持。多任务机床可同时完成车削和铣削/钻削工序。

也可以根据加工策略选择刀柄。例如，为了在高速切削 (HSC) 工序中或在高性能切削 (HPC) 应用中最大限度地提高生产率，车间会选用不同的刀具，前者涉及较浅的切削深度HHS，后者重点关注在功率充足但速度有限的机床上产生较高的金属切除率。
较低的可重复径向跳动有助于确保恒定的刀具啮合量，从而减少振动并最大限度地延长刀具寿命。平衡至关重要，高质量刀柄应在 G2,5-25000 rpm 质量 (1 g.mm) 下达到精密动平衡。加工车间可以根据实际情况，或咨询刀具供应商，确定能够以经济高效的方式满足其生产需求的刀柄系统。
02 每种刀柄都都应符合特定的工序要求
无论是简单的侧固式、夹套式、热缩式、机械式还是液压式，刀柄都应符合特定的工序要求。
弹簧夹头和可互换夹套是最常用的圆形刀柄技术。经济高效的 ER 式提供各种尺寸，并提供足够的夹持力，以实现可靠的轻铣削和钻削工序。高精度 ER 夹套式刀柄具有较低的径向跳动（在刀尖处 < 5µm）和可平衡用于高速工序的对称设计，而加强型则可用于重载加工。 ER 刀柄便于快速转换，可适应各种刀具直径。
热胀刀柄可提供强大的夹紧力，在 3xD 处具有 3 μm 的同心度，且具有极佳的动平衡质量。小巧的刀柄设计可以很好地够到棘手的零件特征。

增强型刀柄可进行中等至重载铣削，但夹持力取决于刀杆和刀柄的内径公差。热胀式刀具需要购买特殊加热装置，加热/冷却过程比简单地切换夹套需要更多的安装时间。
机械铣削夹头通过多排滚针轴承提供强大的夹持力和高径向刚性。该设计可实现重载铣削和快速换刀，但跳动量可能大于夹套系统。机械夹头的尺寸通常大于其他刀柄类型，这可能会限制刀具够到某些零件特征。

与机械夹头相比，使用油压产生夹紧力的液压夹头具有更少的内部构件，因此外形相对更纤细。液压夹头的径向跳动较低，在高主轴转速下可有效地进行扩孔、钻孔和轻铣削，但对大径向负载敏感。
03 主轴或锥形端决定了扭矩传递能力及刀具对中精度
与刀柄如何固定切削刀具同样重要的，是如何将刀柄安装到机床主轴上。传统 BT、DIN 和 CAT 刀柄锥度适用于较小的机床，但在高速加工方面可能会受到限制。与刀柄锥面和端面双面接触的型号可提供更高的刚性和精度，尤其是在大悬伸情况下。可靠传递更大的扭矩需要更大的锥度尺寸。例如，HSK-E32 刀柄不能在重载加工中替代 HSK-A125A。
刀柄锥度形式的选择通常因地区而异。二十世纪九十年代中期，5 轴机床越来越受欢迎，HSK 正是在这期间开始在德国涌现。 CAT 刀柄主要用于美国，而在亚洲，BT 刀柄非常受欢迎，并且经常为锥面/端面双面接触的型号。
HSK 常用于 5 轴加工。 PSC（多边形夹紧系统： Capto）和 KM 连接主要用于多任务机床，采用 ISO 标准。 KM 和 Capto 都是模块化系统，允许通过组合接长杆或缩径杆以装配特定长度的刀具。随着多任务机床越来越普遍，能够在一次装夹中实现车、铣、钻等加工类型的刀柄越来越受欢迎。

04 总结
加工车间必须重视刀柄在加工系统中的重要性，并了解如何将正确的刀柄与特定机床、加工策略和工件正确匹配来提高生产率和降低成本。
未来的技术改进将不再局限于刀柄本身。使用软件和 RFID 标签进行刀具管理是基于数据的制造的一个要素，并且正在变得越来越普遍。刀柄技术的进步包括配备传感器的刀柄，可实时监控刀柄上的力。所收集的数据允许操作员在加工过程中对加工参数进行调整，甚至可以通过与机器控制单元连接的人工智能 (AI) 自动调整。这些技术和其他新技术将进一步增加刀柄在加工工序中的生产贡献值。